(57)【要約】【課題】  紫外光の照射照度を大きなものとすることができ、かつ大面積の照射領域においてもその照度の均一性を高いものとすることができる紫外光照射装置を提供すること。【解決手段】  紫外光照射装置は、エキシマ生成ガスが封入される放電空間形成容器と、この放電空間形成容器内に配設された紫外光発生機構と、放電空間形成容器に設けられた、紫外光発生機構よりの紫外光が透過して照射される紫外光透過窓とよりなり、紫外光発生機構は、紫外光の照射方向と直角な方向に向かうに従って紫外光の照射方向に変位する表面を有する一方の電極と、この一方の電極の表面を覆うよう形成された誘電体層と、この誘電体層の表面に配置された光透過性を有する他方の電極とよりなり、一方の電極と他方の電極との間に供給される高周波電力により前記誘電体層の表面に沿って沿面放電が生じ、この沿面放電により、紫外光が放射されることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エキシマ生成ガスが封入される放電空間形成容器と、この放電空間形成容器内に配設された紫外光発生機構と、放電空間形成容器に設けられた、紫外光発生機構よりの紫外光が透過して照射される紫外光透過窓とよりなり、
紫外光発生機構は、紫外光の照射方向と直角な方向に向かうに従って紫外光の照射方向に変位する表面を有する一方の電極と、この一方の電極の表面を覆うよう形成された誘電体層と、この誘電体層の表面に配置され、当該誘電体層の表面を露出させる開口部を有する他方の電極とよりなり、
一方の電極と他方の電極との間に供給される高周波電力により前記誘電体層の表面に沿って沿面放電が生じ、この沿面放電により、紫外光が放射されることを特徴とする紫外光照射装置。
【請求項２】
紫外光発生機構は、板状の金属ブロックの一面側に開口する錐状の凹所が形成されてなる一方の電極部材と、この一方の電極部材の当該錐状の凹所の傾斜する内周面を覆うよう形成された誘電体層と、この誘電体層の表面に配置された線状または網状の他方の電極部材とよりなり、
一方の電極部材と他方の電極部材との間に高周波電力が供給されることにより、前記凹所において沿面放電による紫外光発生部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の紫外光照射装置。
【請求項３】
一方の電極部材における凹所は円錐状であり、他方の電極部材が複数の環状線材よりなり、この複数の環状線材には共通の給電線が接続されていることを特徴とする請求項２に記載の紫外光照射装置。
【請求項４】
一方の電極部材において複数の凹所が並んで形成されており、この凹所の各々において沿面放電による紫外光発生部が形成されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の紫外光照射装置。
【請求項５】
一方の電極部材において、凹所の頂部が当該金属ブロックの他面側に連通しており、他方の電極部材に係る共通の給電線が当該凹所の頂部から当該金属ブロックの他面側に伸び出ていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の紫外光照射装置。
【請求項６】
一方の電極部材を構成する金属ブロックには、冷却用媒体循環路が形成されていることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれかに記載の紫外光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沿面放電により紫外光を照射する紫外光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エキシマ光を用いた紫外光照射装置は、殺菌装置、洗浄装置あるいは光硬化型樹脂のための硬化装置などに利用されており、放電空間形成容器内に封入されたエキシマ生成ガスに電気エネルギーが供給されることにより放電が発生し、この放電によってエキシマ光が放射されるものが用いられている。
この紫外光照射装置としては、沿面放電により紫外光発生部が形成されることを利用したものが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図７に、沿面放電により紫外光を照射する紫外光照射装置の構成の一例を示す。この紫外光照射装置５０において、紫外光発生機構５１は、アルミナ磁器等からなる平板状の誘電体層５２と、当該誘電体層５２に埋め込まれた平板状金属からなる一方の電極部材５３と、前記誘電体層５２の表面に設けられた、例えば互いに離間して配置された複数のタングステン線からなる線状の他方の電極部材５４とから構成されており、誘電体層５２の他方の電極部材５４が設けられた表面に対して平行となるよう、例えば石英ガラスからなる紫外光透過窓５５が設けられて放電空間形成容器が形成され、その内部にはエキシマ生成ガスが封入されている。そして、一方の電極部材５３と他方の電極部材５４との間には、高周波電力を供給する高周波電源５６が接続される。
【０００４】
この紫外光照射装置５０においては、一方の電極部材５３と他方の電極部材５４との間に高周波電力が供給されることにより、図７において点線で示すように、他方の電極部材５４を構成するタングステン線から誘電体層５２の表面に沿って沿面放電が発生し、これにより紫外光発生部が形成され、紫外光が紫外光透過窓５５を介して外部に放射され、適宜の被照射体に照射される。
【０００５】
しかしながら、上記の紫外光照射装置５０においては、沿面放電が発生する領域が誘電体層５２の平面状の表面であり、高周波電源５６により供給される高周波電力を大きなものとしてもエキシマ生成ガスの温度が高くなりすぎて紫外光の出力が飽和してしまうために、紫外光の照射照度を大きなものとすることができない、という問題がある。
【特許文献１】特開平７−９６２７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、紫外光の照射照度を大きなものとすることができ、かつ大面積の照射領域においてもその照度の均一性を高いものとすることができる紫外光照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の紫外光照射装置は、エキシマ生成ガスが封入される放電空間形成容器と、この放電空間形成容器内に配設された紫外光発生機構と、放電空間形成容器に設けられた、紫外光発生機構よりの紫外光が透過して照射される紫外光透過窓とよりなり、
紫外光発生機構は、紫外光の照射方向と直角な方向に向かうに従って紫外光の照射方向に変位する表面を有する一方の電極と、この一方の電極の表面を覆うよう形成された誘電体層と、この誘電体層の表面に配置され、当該誘電体層の表面を露出させる開口部を有する他方の電極とよりなり、
一方の電極と他方の電極との間に供給される高周波電力により前記誘電体層の表面に沿って沿面放電が生じ、この沿面放電により、紫外光が放射されることを特徴とする。
【０００８】
上記の紫外光照射装置においては、紫外光発生機構は、板状の金属ブロックの一面側に開口する錐状の凹所が形成されてなる一方の電極部材と、この一方の電極部材の当該錐状の凹所の傾斜する内周面を覆うよう形成された誘電体層と、この誘電体層の表面に配置された線状または網状の他方の電極部材とよりなり、
一方の電極部材と他方の電極部材との間に高周波電力が供給されることにより、前記凹所において沿面放電による紫外光発生部が形成される構成とすることができる。
【０００９】
また、一方の電極部材における凹所は円錐状であり、他方の電極部材が複数の環状線材よりなり、この複数の環状線材には共通の給電線が接続されていることが好ましく、一方の電極部材において複数の凹所が並んで形成されており、この凹所の各々において沿面放電による紫外光発生部が形成されることが好ましい。
さらに、一方の電極部材において、凹所の頂部が当該金属ブロックの他面側に連通しており、他方の電極部材に係る共通の給電線が当該凹所の頂部から当該金属ブロックの他面側に伸び出ていることが好ましい。
【００１０】
上記の紫外光照射装置においては、一方の電極部材を構成する金属ブロックには、冷却用媒体循環路が形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の紫外光照射装置によれば、誘電体層が紫外光透過窓の表面に対して例えば傾斜する表面を有するものであることにより、この誘電体層の表面における、紫外光透過窓の面積に対する沿面放電発生領域の相対的な面積が大きくなる。そして、沿面放電発生領域の面積が大きくなると、この沿面放電発生領域の単位面積あたりに投入される電力が小さくなるので、エキシマ生成ガスの温度上昇が小さくなり、紫外光の出力が飽和する投入電力量を大きくすることができ、これにより、紫外光の照射照度を大きなものとすることができる。また、複数の紫外光発光部が形成されることにより大面積の照射領域においても均一性の高い照度分布を実現することができる。
【００１２】
また、本発明の紫外光照射装置によれば、冷却用媒体循環路に冷却用媒体が流されることにより一方の電極部材が冷却されることによって、放電空間形成容器に封入されたエキシマ生成ガスの温度の上昇が抑制されるため、紫外光の出力が飽和する投入電力量を大きいものとすることができるので、結局、紫外光の照射光量を大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の紫外光照射装置の構成の一例を示す説明用断面図であり、図２は、図１の紫外光照射装置における一方の電極部材の一面側（光が放射される面の側。図１の下面側）から見た形態を示す説明用平面図であり、図３は、図１の紫外光照射装置における一方の電極部材の他面側（図１の上面側）から見た形態を示す説明用平面図である。
【００１４】
本発明の紫外光照射装置１０は、基本的に、エキシマ生成ガスが封入される放電空間形成容器１１と、この放電空間形成容器１１内に配設された紫外光発生機構１２と、この紫外光発生機構１２よりの紫外光が透過して外部に照射される紫外光透過窓１３とにより構成されている。
【００１５】
放電空間形成容器１１は、円筒状の例えばステンレスからなる真空容器であり、その下面に、例えば石英ガラスからなる円板状の紫外光透過窓１３が設けられている。
【００１６】
紫外光発生機構１２は、紫外光の照射方向（図１において下方向）と直角な方向に向かうに従って紫外光の照射方向に変位する傾斜表面を有する一方の電極部材１２１と、この一方の電極部材１２１の当該傾斜表面を覆うよう形成された誘電体層１２２と、この誘電体層１２２の表面に配置され、当該誘電体層１２２の表面を露出させる開口部を有する他方の電極部材１２３とよりなる。
【００１７】
具体的には、一方の電極部材１２１は、例えば厚みの大きい円板状の金属ブロックの一面１２１ａに開口部１２１ｄが位置するよう例えば円錐状の凹所１２１ｃの複数が互いに近接した状態で並んで形成されて構成されている。誘電体層１２２は、当該円錐状の凹所１２１ｃの各々における傾斜する内周面を覆うよう形成されている。一方の電極部材１２１を構成する円板状の金属ブロックとしては、例えばアルミニウム板が用いられ、誘電体層１２２としては、例えば石英ガラスやセラミック等が用いられる。
【００１８】
他方の電極部材１２３は、各々、誘電体層１２２の表面に密着するよう、互いに軸方向に離間して設けられた複数の環状線材１２３ｂよりなり、この複数の環状線材１２３ｂの隣接するものの間に開口部が形成されており、また、この複数の環状線材１２３ｂには共通の給電線１２３ａが接続されている。環状線材１２３ｂおよび共通の給電線１２３ａは例えばタングステン線からなるものとされている。
【００１９】
この例において、一方の電極部材１２１には例えば図２に示されるように７個の凹所１２１ｃが形成されている。そして、各々の凹所１２１ｃにおいて、上記の構成による誘電体層１２２が形成されている。
【００２０】
一方の電極部材１２１において、凹所１２１ｃの頂部は、当該一方の電極部材１２１の他面１２１ｂに連通した状態で形成されており、他方の電極部材１２３を構成する共通の給電線１２３ａがこの凹所１２１ｃの頂部から当該一方の電極部材１２１の他面１２１ｂ側に伸び出ている構成とされている。１２１ｅは凹所１２１ｃの頂部の開口部である。
【００２１】
一方の電極部材１２１を構成する金属ブロックには、例えば銅製のチューブからなる冷却用媒体循環路１５が形成されている。この冷却用媒体循環路１５は、図示されるように、一方の電極部材１２１を構成する金属ブロックの他面１２１ｂに埋設して設けられていることが好ましい。
【００２２】
以上の構成を有する紫外光照射装置１０においては、一方の電極部材１２１と他方の電極部材１２３との間に接続された高周波電源１２４により高周波電力が供給されることにより、他方の電極部材１２３を構成する環状線材１２３ｂ間の開口部において露出された、誘電体層１２２の傾斜した表面に沿って沿面放電が発生し、これにより紫外光発生部が形成され、紫外光が紫外光透過窓１３を介して外部に放射され、適宜の被照射体に照射される。
【００２３】
一方、例えば冷却水からなる冷却用媒体が冷却用媒体循環路１５に流されることにより、一方の電極部材１２１を構成する金属ブロックが冷却され、これにより、放電空間形成容器１１内に封入されたエキシマ生成ガスが冷却される。
【００２４】
以上の紫外光照射装置１０によれば、図４に示すように、誘電体層１２２の沿面放電が生ずる表面１２２ａが、紫外光の照射方向（図４において矢印Ｘで示される方向）と直角な方向（図４において矢印Ｙで示される方向）に向かうに従って紫外光の照射方向に変位するものであるので、この表面１２２ａが紫外光透過窓１３の表面１３ａに対して傾斜した状態となり、これにより、紫外光透過窓１３の単位面積Ｓ0 あたりに入射する紫外光を放射する沿面放電発生領域の面積Ｓ1 が大きなものとなる。
仮に、紫外光透過窓１３と誘電体層１２２とが平行（傾斜角０°）である場合には、紫外光透過窓１３の単位面積Ｓ0 あたりの沿面放電発生領域の面積はＳ0 と等しく１．０倍であるが、紫外光透過窓１３の表面１３ａに対する誘電体層１２２の表面１２２ａの傾斜角が例えば４５°である場合には、傾斜角が０°である場合に比して紫外光透過窓１３の単位面積Ｓ0 あたりの沿面放電発生領域の面積Ｓ1 が約１．４倍となる。
【００２５】
同じ投入電力でも沿面放電発生領域の面積が大きくなるほど、エキシマ生成ガスの温度上昇が小さくなる。このため、誘電体層の表面が傾斜した状態とされている場合には、傾斜されていない場合よりも大きな電力を投入することができる。これにより、紫外光の照射照度を大きなものとすることができる。
【００２６】
また、一方の電極部材１２１において複数の凹所１２１ｃが並んで形成されており、この凹所１２１ｃの各々において沿面放電による紫外光発生部が形成されるので、大面積の照射領域においても均一性の高い照度分布を実現することができる。
【００２７】
また、この紫外光照射装置１０によれば、冷却用媒体循環路１５に冷却用媒体が流されることにより一方の電極部材が冷却されることによって、放電空間形成容器１１に封入されたエキシマ生成ガスの温度の上昇が抑制され、これにより、紫外光の出力が飽和する投入電力量を大きいものとすることができるので、結局、紫外光の照射光量を大きくすることができる。
【００２８】
本発明の紫外光照射装置においては、様々の変更を加えることができる。
例えば、一方の電極部材に形成される凹所は、円錐状のものに限られず、例えば角錐状のものであってもよく、また、凹所の表面は、直線状に傾斜する面ではなくて湾曲状の表面であってもよい。
【００２９】
また、他方の電極部材としては、誘電体層の表面を露出させる開口部を有するものであればよく、例えば互いに離間して配置された複数の線材、網状金属体、あるいは金属板に孔を形成したパンチングメタルなどを用いることができる。
【００３０】
また、当該誘電体層と他方の電極部材との間に紫外光を反射する物質層を介在させることができ、これにより、紫外光照射装置における紫外光の照射照度をより大きなものとすることができる。
【実施例】
【００３１】
以下に本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３２】
〔実施例１〕
図１の構成を有する紫外光照射装置（１０）を作製した。この紫外光照射装置（１０）の具体的な構成は以下の通りである。
【００３３】
放電空間形成容器（１１）は、外径が３５５ｍｍ、高さが２００ｍｍである円筒状のステンレス製の真空容器であり、この放電空間形成容器（１１）の一面に、直径が２００ｍｍ、厚さが１０ｍｍである円板状の合成石英ガラスからなる紫外光透過窓（１３）が設けられている。
この放電空間形成容器（１１）には、圧力が４０ｋＰａであるエキシマ生成ガスが封入されている。
【００３４】
紫外光発生機構（１２）における一方の電極部材（１２１）としては、直径２１０ｍｍ、厚さ７０ｍｍの円板状のアルミニウム板からなるものを用い、図２に示すようにこのアルミニウム板に７個の円錐状の凹所（１２１ｃ）を設けた。
各々の円錐状の凹所（１２１ｃ）の寸法は、一面（１２１ａ）における開口部（１２１ｄ）の直径が６０ｍｍであり、他面（１２１ｂ）における開口部（１２１ｅ）の直径が３ｍｍである。
一方の電極部材（１２１）の一面（１２１ａ）の表面と紫外光透過窓（１３）との距離を３０ｍｍに設定した。
【００３５】
この一方の電極部材（１２１）の各々の凹所（１２１ｃ）の内周面には、厚さ１ｍｍの石英ガラスにより誘電体層（１２２）が形成されている。
【００３６】
他方の電極部材（１２３）は、誘電体層（１２２）の表面に密接するよう、紫外光の照射方向（図において下方）に対して１０ｍｍ間隔に設けられたタングステン線からなる環状線材（１２３ｂ）よりなり、各々の環状線材（１２３ｂ）には、前記凹所（１２１ｃ）の中心軸上に設けられたタングステン線からなる共通の給電線（１２３ａ）が接続されている。各々の環状線材（１２３ｂ）に係るタングステン線の直径は０．５ｍｍである。
【００３７】
そして、図３に示すように、一方の電極部材（１２１）の他面（１２１ｂ）に、外径が８ｍｍである銅チューブからなる冷却用媒体循環路（１５）を埋設した。
【００３８】
以上の構成を有する紫外光照射装置（１０）において、冷却用媒体循環路（１５）に冷却水を流しながら、高周波電源（１２４）によって周波数が５０ｋＨｚである高周波電力を一方の電極部材（１２１）と他方の電極部材（１２３）との間に供給することにより、沿面放電を発生させた。
この紫外光照射装置（１０）においては、投入電力量を１８０Ｗまで増やしても紫外光の出力が飽和することがなく、紫外光透過窓（１３）の外方における当該紫外光透過窓（１３）の表面と平行に配置された被照射面上における一方の電極部材（１２１）に係る円板状のアルミニウム板の軸心を中心とした直径１００ｍｍの円周の内側の被照射領域において、投入電力量を１８０Ｗまで増やしたときの相対照度の平均値は約８５であった。
また、被照射領域における紫外光の相対照度の平均値に対する最大値と最小値との差の割合は４％であった。
【００３９】
〔比較例１〕
図５の構成を有する紫外光照射装置（２０）を作製した。この紫外光照射装置（２０）の具体的な構成は以下の通りである。
【００４０】
放電空間形成容器（２１）としては、実施例１に用いた紫外光照射装置に係るものと同様のものを用い、また、紫外光発生機構（２２）における一方の電極部材（２２１）としては、円錐状の凹所が設けられていない他は実施例１に用いた紫外光照射装置に係るものと同様のものを用いた。
【００４１】
誘電体層（２２２）としては、直径２３０ｍｍ、厚さ１ｍｍである円板状の石英ガラス板からなるものを用い、一方の電極部材（２２１）の一面（２２１ａ）の表面に密接して設けた。
【００４２】
他方の電極部材（２２３）としては、図６に示すように、誘電体層（２２２）において紫外光透過窓（２３）に対向する平面に密着して設けられた、当該誘電体層（２２２）に係る円板状の石英ガラス板の軸心を中心とした合計９個の同心円状のタングステン線からなるものを用いた。この同心円状の他方の電極部材（２２３）においては、最小の半径の大きさを５ｍｍとし、他の半径の大きさがそれぞれ１０ｍｍずつ大きくなるよう設定した。このタングステン線の直径は０．５ｍｍである。
【００４３】
以上の構成を有する紫外光照射装置（２０）において、冷却用媒体循環路に冷却水を流しながら、高周波電源（２２４）によって周波数が５０ｋＨｚである高周波電力を一方の電極部材（２２１）と他方の電極部材（２２３）との間に供給することにより沿面放電を発生させた。
【００４４】
この紫外光照射装置（２０）においては、紫外光の出力が飽和する投入電力量は約８０Ｗであり、このときの実施例１と同様にして求めた被照射領域における紫外光の相対照度の平均値は約６５であった。
また、被照射領域における紫外光の相対照度の平均値に対する最大値と最小値との差の割合は１０％であった。
【００４５】
以上のことから、一方の電極部材に複数の凹所が設けられこの凹所の表面を覆うよう誘電体層が形成された紫外光照射装置においては、紫外光透過窓と誘電体層とが平行である紫外光照射装置に比して投入電力量を大きなものとすることができ、被照射面における紫外光の照射照度を大きなものとすることができ、かつその照度の均一性を高いものとすることができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の紫外光照射装置の構成の一例を示す説明用断面図である。
【図２】図１の紫外光照射装置における一方の電極部材の一面側から見た形態を示す説明用平面図である。
【図３】図１の紫外光照射装置における一方の電極部材の他面側から見た形態を示す説明用平面図である。
【図４】紫外光透過窓の単位面積あたりの沿面放電発生領域の面積の大きさを示す説明図である。
【図５】比較例における紫外光照射装置の構成を示す説明用断面図である。
【図６】図５の紫外光照射装置における誘電体層および他方の電極部材の形態を示す説明用平面図である。
【図７】従来の紫外光照射装置の構成の一例を示す説明用断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  紫外光照射装置
１１  放電空間形成容器
１２  紫外光発生機構
１２１  一方の電極部材
１２１ａ  一面
１２１ｂ  他面
１２１ｃ  凹所
１２１ｄ，１２１ｅ  開口部
１２２  誘電体層
１２２ａ  表面
１２３  他方の電極部材
１２３ａ  共通の給電線
１２３ｂ  環状線材
１２４  高周波電源
１３  紫外光透過窓
１３ａ  表面
１５  冷却用媒体循環路
２０  紫外光照射装置
２１  放電空間形成容器
２２  紫外光発生機構
２２１  一方の電極部材
２２１ａ  一面
２２２  誘電体層
２２３  他方の電極部材
２２４  高周波電源
２３  紫外光透過窓
５０  紫外光照射装置
５１  紫外光発生機構
５２  誘電体層
５３  一方の電極部材
５４  他方の電極部材
５５  紫外光透過窓
５６  高周波電源
【図１】
2005135605.tif 000003
【図２】
2005135605.tif 000004
【図３】
2005135605.tif 000005
【図４】
2005135605.tif 000006
【図５】
2005135605.tif 000007
【図６】
2005135605.tif 000008
【図７】
2005135605.tif 000009